eesà/osgs
SECRETARIA DE PLANEJAMENTO DA PRESIDÊNCIA DA REPUBLICA CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTIFICO E TECNOLÓGICO
1. Publicação r»9 INPE-Z310-PRE/S68 2. Versão 3. Data Julho, 1983 4. Origem DGA Programa IONOSFERA 5. Distribuição D Interna ED Externa D Restrita
6. Palavras chaves - selecionadas pelo(s) autor(es)
CONTEÚDO ELETRÔNICO TOTAL DA IONOSFERA TEMPESTADES MAGNÉTICAS
7. C.D.U.: 623.4-353(816.12)
8. T i t u l o INFE-281Õ-PRE/368
COMPORTM4ENTG DO CONTEÚDO ELETRÔNICO TOTAL DA IONOSFERA EM SÃO JOSÉ DOS CAMPOS DURANTE
TEMPESTADES MAGNÉTICAS EM 1980
9. Autoria Eurico P.. de Paula
M.A. Abdu I.J. Kantov o-*^-t&*.
i
Assinatura responsável 10. Paginas: 24 11. Ultima página: js 12. Revisada por Y. Nakamura 13. Autorizada por1.
Nelson 'de Jesus Parada Diretor
14. Resumo/Notas
Dados de rotação de Faraday, de 1980, obtidos com um pola rímetvo em São José dos Campos (23°S, 4C°0), foram analisados nos jervõ^ doa r,m que ocorreram tempestades magnéticas. Para selecionar as tempes^ tadea, foi utilizado o -índice magnético Dst. Foi observado que, durante a fase principal de tempestades magnéticas precedidas por vm período de alguns dias calmos, ocorreu um acréscimo no Conteúdo Eletrônico Total -CRT - (face positiva) sm relação ã média dos dias magneticamente calmou A seguir ocorreu, durante a fase de recuperação da tempestade,um deces_ eimo cm relação ã esta médi-a (fase negativa). Tal comportamento do CET, ob.wrvado em baixa latitude durante tempestades, é típico em latitudes médias. Porém, quando ocorram tempestades sucessivas, com poucos dias de intervalo entra elas, prevalece a fase positiva. Isto evidencia uma inil-ição do agende causador da fase negativa. São discutidos • nesta ira
balho as possíveis origens da fase positiva e negativa. r(-.<.<>• r
10. Obsf?rva<;oes
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oes Esta trabalho foi parcialmente (subvencionado pelo Fundo t,'a_
•' Desenvolvimento Científico e Tecnológico (FNDCT), através do r,?,-//cT.
AGRADECIMENTOS
Agradecemos a todas as pessoas do INPE que contribui ram direta e indiretamente para a execução deste trabalho.
Expressamos especial gratidão a Lúcia de Almeida Terra, ao Manoel José Pereira Neto e Dimas Aparecido Chagas pelo trabalho de redução de dados de polarTmetro.
ABSTRACT
Faraday rotation data from 1980, obtained with a polarir.cter at São José dos Campos (23°S, 4G°U), were analyzed during periods
occurring magnetic storms. In order to select these periods, the magr.cic index Dst was used. It was observed that during magnetic stcr~.s preaee.ied by a few calm days, an increase in the Total Electron Content (TEC) is observed during the storm main phase, relative to the mean of the magnetic calm days (positive phase). Afterwards,during the storms recovery phase, a decrease was registered relative to the average
(negative phase). This TEC behaviour, observed at low latitudes storms, is typical of the behaviour over radium latitudes. But, when several crorms occur with few intervening days between them, the positive pk^se seems to prevail. This indicates an inibition of the source of the negative phase. This work discusses the possible origins of the positive and negative phases. 'L'JW-,
-SUMARIO
Pag.
LISTA DE FIGURAS
vii
CAPITULO 1 - INTRODUÇÃO 1
CAPITULO 2 - APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS 3
CAPITULO 3 - DISCUSSÃO 11
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 15
-LISTA DE FIGURAS
Pãg.
2.1 - índice magnético Dst e comportamento do CET durante a tem
pestade magnética de 19-23 de dezembro de 1980 4
2.2 - Índice magnético Dst e comportamento do CET durante a tem
pestade magnética de 11-14 de junho de 1980 5
2.3 - índice magnético Dst e comportamento do CET durante a tem
pestade magnética de 25-27 de maio de 1980 8
2.4 - índice magnético Dst e comportamento do CET durante a tem
pestade magnética de 25-27 de julho de 1980 9
2.5 - índice magnético Dst e comportamento do CET durante a tem
pestade magnética de 22-27 de outubro de 1980 10
-CAPITULO 1
INTRODUÇÃO
Dados da rotação Faraday, cujo ângulo é proporcional ao Conteúdo Eletrônico Total da ionosfera (CET), obtidos com um polarlme tro eletrônico VHF localizado em São José dos Campos (23°S, 46°0), em 1980, foram analisados nos penodos em que ocorreram tempestades magné ticas. Para selecionar as tempestades foi utilizado o índice magnético Dst. As tempestades magnéticas foram classificadas em severa quando o Dst atingiu valores maiores (em módulo) que -200gamas(Y),moderada quaji do o Dst foi maior que - 5 0 Y e menor que - 2 0 0 Y , e fraca quando o Dst foi menor que - 5 0 Y . Em geral as tempestades magnéticas apresentam: 1) uma fase inicial, caracterizada por um aumento súbito em Dst (SC), que perdura de alguns minutos a várias horas; 2) uma fase principal em que o Dst apresenta uma queda brusca, podendo atingir varias centenas de gamas e tem a duração de algumas horas; e 3) uma fase de r e c u p e r a ç ã o em que o Dst readquire gradualmente seu valor pré-tempestade, podendo durar vários dias.
Os efeitos de 5 tempestades magnéticas no CET de São Jo sé dos Campos foram estudados. Duas tempestades, a de 25-27 de julho e a de 19-23 de dezembro, apresentaram um inicio súbito (SC) no í n d i c e magnético Dst.
0 comportamento do CET durante tempestades já foi exteri sivamente estudado em latitudes médias e no Hemisfério Norte,onde exi^ te uma grande rede de polanmetros em funcionamento.
Este trabalho analisa dados em baixa latitude; porém, áe
vido ao pequeno número de tempestades analisadas e ã ausência de dados de poIarimetro em latitude iguais ou próximas ã de São José dos Campos. limitar-se-ã apenas a descrever algumas características do coinportame^i tO do C£T durante tais tempestades e a discutir, de maneira sucinta,as possíveis origens da fase positiva e negativa apresentada pelo CET.
CAPITULO 2
APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS
Para representar o comportamento do CET em períodos ma£ neticamente calmos, foram calculadas suas médias mensais a cada ISrr.in para os dias em que não houve tempestades. Estes valores médios foram desenhados juntamente com o CET para cada dia magneticamente perturba do, o que possibilitou a visualização das variações do CET durante tem pestades magnéticas.
Na Figura 2.1 estão representados a média mensal do CET (linha contínua), o CET dos dias magneticamente perturbados 19-23 de dezembro (verão) de 1980 (linha tracejada) e o Tndice Dst (parte sup£ rior da fiçjura), em função da hora local. Esta tempestade foi severa, com o Dst atingindo -249>. Um inicio súbito da tempestade (SC) ocorreu as 02:00h do dia 19 de dezembro. Esta tempestade foi precedida por v|_ rios dias magneticamente calmos. Observa-se que o CET apresentou acres^ cimos com relação a média (fase positiva) nos dia 19 e 20, e decréscj^ mos com relação ã midia (fase negativa) nos dias 22 e 23. Não houve dò
dos no dia 21. Nota-se, mesmo nos dias 22 e 23, um acréscimo acentuado no CET em torno das 15:00h, bem como um acréscimo tanto na média quan_ to no valor do CET, a partir de 21:00h, extendendo-se até a p r o x i m a d a mente o nascer do sol do proximo dia, para todos os dias analisados.
Na Figura 2.2 estão representados a média mensal do CET (linha contínua), o CET dos dias magneticamente perturbados 11-14 de junho (inverno) de 1980 (linha tracejada) e o índice Dst (parte supe rior da figura), em função da hora local. Esta tempestade foi de intein sidade moderada, pois o Dst atingiu - 6 8 Y . Observa-se uma fase positiva de, aproximadamente, 08:00 ãs 21:00h no dia 11 de junho. Não existem dados de, aproximadamente, 21:00h do dia 11 até 11:00h do dia 12. No dia 12 observa-se uma fase negativa de 11:00h ãs 16:00h. O b s e r v a - s e nos dias 12, 13 e 14 um pico acentuado no CET em torno das 15:00h.
-I
Fig. 2.1 - Índice magnitico Dst e comportamento do CET durante a tempestade magnética de 19-23 de dezembro de 1980.
Midia mensal do CET (linha continua), CET dos dias magneticamente perturbados 19-23 de dezem bro de 1980 (linha tracejada) e Tndice magnético Dst (parte superior da figura), em função da hora local.
in
18 24
Fig. 2.2 - Tndice magnitico Dst e comportamento do CET durante a tempestade magnética de 11-14 de junho de 1980.
Média mensal do CET (linha contínua), CET dos dias magneticamente perturbados 11-14 de junho de 1980 (linha tracejada) e Tndice magnético Dst (parte superior da figura), em função da hora local.
6
-Na Figura 2.3 estão representados a média mensal do CET (linha contínua), o CET dos dias magneticamente perturbados 2 5 - 2 7 de maio (inverno) de 1980 (linha tracejada) e o "índice Dst ( p a r t e supe r i o r da Figura), em função da hora local. Esta tempestade foi de interi sidade moderada com o Dst atingindo -119Y. De maneira semelhante ã Fi_ gura 2 . 1 , esta tempestade magnética teve suas fases bem d e f i n i d a s e foi precedida por vários dias magneticamente calmos. Devido ã ausência de dados no dia 25, não foi possível detectar se houve ou não o deseji volvimento de uma fase positiva, porem observa-se nos dia 26 e 27/05 uma fase negativa, a qual foi mais acentuada dia 27/05. Observa-se um acréscimo na media e nos valores do CET para estes três dias analisa^ dos, que se inicia em torno das 21:00h e apresenta um pico entre 22:00 e 23:00h.
Na Figura 2.4 estão representados a média mensal do CET (linha continua), o CET dos dias magneticamente perturbados 25-27 de julho (inverno) de 1980 (linha tracejada) e o Tndice Dst ( p a r t e supe r i o r da figura), em função da hora local. A tempestade magnética f o i moderada com o Dst atingindo -79Y. Houve ocorrência de um inicio súbji_ to (SC) no dia 25 ãs 08:10b- Observa-se que ocorreram apenas fases p£ sitivas nestes três dias. Isto provavelmente deve-se a ocorrência de aumentos no Dst, que ocorreram no dia 26 e inibiram o desenvolvimento de uma fase negativa. Nota-se um acréscimo no CET para estes três dias analisados, iniciando em torno das 21:00h e apresentando um pico entre 22:00 e 23:00h; entretanto, não ocorreu um pico nestas horas para o CET médio.
Na Figura 2.5 estão representados a média mensal do CET (linha continua), o CET dos dias magneticamente perturbados 22-27 de outubro (equinocio) de 1980 (linha tracejada) e o Tndice Dst (parte SIJ perior da figura), em função da hora local. A tempestade f o i moderada, sendo que o Dst a t i n i u -96Y e a fase de recuperação foi bem l e n t a . Observa-se uma predominância da fase negativa nos dias 22-24 e uma fa_ se positiva mais proeminente em torno d*s 15:00h nos dias 25e27. Hou ve falta de dados no dia 26. Esta predominância da fase negativa duraji
7
-te a fase p r i n c i p a l da -tempestade deve-se provavelmen-te ao fato de que esta tempestade ocorreu durante a fase de recuperar:o de uma tempesta de magni'tica que se i n i c i o u dia 18. Observa-se um pico bem acentuado no CET nos dias 23 e 24, aproximadamente a 01:00h.
8
-00 06 13 24 06 12 18 24 06 12
HORA LOCAL
13 24
Fig. 2.3 - Índice magnético Dst e comportamento do CET durante a tem pestade magnética de 25-27 de maio de 1980.
Média mensal do CET (linha continua),CET dos dias magneticamente per turbados 25-27 de maio de 1980 (linha tracejada) e índice magnético Dst (parte superior da figura), em função da hora local.
9
-fcHOO r
O-Í50
00 OS SC 12 18 24 06 12 18 24 06 12 18 24
HORA LOCAL
ci g . 2.4 - índice magnético Dst e comportamento do CET durante a tern
pestade magnética de 25-27 de j u l h o de 1980.
Média mensal do CET (linha continua), CET dos dias m a g n e t i c a m e n t e perturbados 25-27 de j u l h o de 1980 Oinha tracejada) e índice magnf_ t i c o Dst (parte superior da f i g u r a ) , em função da hora l o c a l .
>> I.UlJUL 23/10 25/10 111 1111 t 111111 i i.i 27/K5/80 I ] r . • . . 00 06 12 24 13 24 C6 !2 18 24 C6 HORA LOCAL 18. 24 06 12 18 24
Fig. 2.5 - índice magnitico Dst e comportamento do CET durante a tempestade magnética de 22-27 de outu bro de 1980.
Média mensal do CET (linha continua), CET dos dias magneticamente perturbados 22-27 de outubro de 1980 (linha tracejada) e índice magnitico Dst (parte superior da figura), em função da hora local.
CAPTTULO 3
DISCUSSÃO
Em latitudes médias o efeito das tempestades magniticas no CET jã foi extensivamente anelisado e, apesar do comportamento do CET variar grandemente de uma tempestade magnética para outra, duas ca racterTsticas são razoavelmente comuns: 1) um acréscimo no CET (fase positiva) no primeiro dia, seguido por 2) um decréscimo no CET (fase n^ gativa) no segundo e, possivelmente, nos dias subsequentes (Davies and Riister, 1976). Também em latitudes médias o CET exibe geralmente uma fase positiva ao entardecer local, seguida por uma fase negativa, em tempestades magnéticas que apresentam um inicio súbito (SC) durante as horas do dia, de acordo com Mendillo (1973), Mendillo and K l o b u c h a r (1975), Mendillo et alii (1975) and Lanzerotti et alii (1975). Quando o inicio súbito ocorre após o pôr do sol, apenas uma fase negativa é observada, ou a fase positiva é retardada e vista no próximo dia ã ta_r de.
Acredita-se que a fase positiva na ionização ionosférica é devida a uma vento termosferico que sopra dos pólos em d i r e ç ã o ao equador durante tempestades magnéticas. Este vento termosferico eleva a camada F para regiões onde a taxa de perda eletrônica é menor e, pojr tanto, ha um acréscimo na ionização (Jones and Rishbeth, 1971). A fase negativa e provavelmente causada por mudanças na composição termosfêr^ ca (Prõlss, 1980) devido a uma circulação termosférica global durante tempestades magnéticas, a qual causa um decréscimo na razão |o|/|N2|. Este decréscimo em |o|/|Nj| ocasiona um acréscimo na taxa de perda ele! trônica, dando origem ã fase negativa.
Pelos dados, observa-se a presença de ondas de gravidade, as quais se manifestam como ondulações no CET, principalmente em torno das 15:00h e para quase todos os dias magneticamente perturbados. Como uma ondulação de menor amplitude ocorreu também no CET médio de quase todos os meses analisados, i necessário que se faça um estudo minucio
12
-so, analisando o CET dia a dia, mesmc nos dias magneticamente calmos, para verificar se tais ondas de gravidade surgem também nestes dias. Porem, tal estudo foge do esccpo deste trabalho.
Dos resultados apresentados pode-se observar que as tem pestades magnéticas isoladas, com fases que se apresentam bem defini^ das, dão origem no CET também a fases bem definidas, a saber, uma fase positiva seguida de uma negativa. Também a intensidade da tempestade, sendo maior que aproximadamente - 1 0 0 Y contribue para a definição das fases citadas acima, como foi o caso das tempestades que ocorreram em dezembro e maio. Quando hã ocorrência de tempestades sucessivas, com poucos dias de intervalo entre elas, o efeito de uma tempestade pode alterar substancialmente o comportamento de outra, impedindo que um pa_ drão de comportamento bem definido seja estabelecido. E por exemplo o caso que ocorreu em outubro, quando a fase positiva, que provavelmente surgiria durante a fase inicial e principal da tempestade, ficou inibi^ da. Também o aparecimento da fase negativa pode ficar inibido ou retajr dado quando, durante a fase de recuperação da tempestade, ocorreu np_ vos aumentos acentuados no Dst, como se pode observar nos dias 26 e 27 de julho e no dia 20 de dezembro, dias estes em que a fase negativa se_ ria esperada. 0 início súbito nas tempestades de dezembro e julho ana_ U s a d a s ocorreu cerca de 02:00h e 08:00h, respectivamente, e a fase po sitiva iniciou-se logo a seguir, ou seja, nas primeiras horas dos dias 19 de dezembro e 25 de julho.
0 pico no CET que aparece nos dias perturbados, bem como nos dias calmos (CET médio) ã 0l:00h em outubro e entre 22:00he23:00h nos outros meses, parece ser um fenômeno da dinâmica local da lonosfe ra, o qual pode estar relacionado com o mecanismo de formação do espa_ lhamento F.
Como o efeito das tempestades magnéticas no CET foi ana_ lisado para um número bem reduzido de tempestades, i necessário analj^ sã-lo em um maior número de tempestades magnéticas para propor a expli^ caçáo física dos fenômenos observados neste trabalho. Encontra-se em
13
-andamento a redução de dados do CET para o ano de 1981, para São Josi dos Campos, o que possibilitara a analise do comportamento do CET d^i rante um maior num ro de tempestades magnéticas.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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LANZEROTTI, L.J.; COGGER, L.L.; MENDILLO, H. Latitude dependence of ionospheric total electron content: Observations during sudden commencement storms. Journal of Geophysical Research, 80(10}:1287-1306, Apr. 1975.
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